产品设计数字化与产品数据管理(PDM)的集成 - 文章

产品设计数字化与产品数据管理(PDM)的集成

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信息化带动工业化，这是国策，装备制造业是工业化的基础，我国装备制造业信息化经历二十多年，但由于系统不集成，综合效果发挥不出来，系统集成成了信息化带动工业化的关键。PDM技术是解决这一关键的有效方法，怎样了解掌握应用这一技术?必需了解传统企业产品图纸，工艺文件，技术资料的管理；产品图纸，工艺文件，技术资料在制造业生产过程中的作用；产品图纸，工艺文件，技术资料之间的数据关系以及产品图纸，工艺文件，技术资料与企业制造资源计划MRP-Ⅱ，企业资源计划ERP数据关系。进一步研究了应用CAD/CAPP后产品图纸、工艺文件、技术资料数字化的情况，以及如何对数字化的产品图纸、工艺文件、技术资料进行管理，并研究利用数字化的信息解决企业信息化中的系统集成，数据共享的难题，包括CAD/CAPP的集成，CAD/CAPP与ERP的集成。为了达到整个系统集成，数据共享的目标，提出对现在应用的CAD/CAPP软件的改进，使与PDM集成，发挥PDM技术在系统集成，数据共享的作用。下面是我们一些体会，供大家参考。

一．产品设计数字化的概念

企业在产品开发与生产过程中使用计算机技术，从设计计算，电子报表到CAD/CAPP/CAM/MRP/ERP等新技术的应用，企业中出现了新的现象，过去产品设计、工艺设计、生产管理使用的图纸、工艺、生产计划、物资管理都是纸质文件，但一经计算机处理这些纸质文件都成了计算机中各种不同类型格式的数据，这些数字化的产品数据管理称为PDM中文名称为产品数据管理，但是随着信息技术与管理理念的发展PDM的内涵与外延也不断发展，最近发展成为产品生命周期数据管理PLM(Product Life Management)，成为解决企业信息化中信息集成的关键。信息技术的应用在促进生产力发展的同时也带来了新的挑战，对于制造企业而言，虽然各单元的计算机辅助技术已经日益成熟，但各单元自成体系，彼此之间缺少有效的信息沟通与协调，这就是所谓的“信息孤岛”问题。所以在二十世纪的八十年代初提出计算机集成制造CIM的概念，是解决企业信息集成的一项管理思想和技术。PDM作为20世纪末出现的技术，继承并发展了CIM等技术的核心思想，定位为面向制造企业，以产品为管理核心，以数据、过程和资源为管理信息的三大要素。并以软件技术为基础，实现对产品相关的数据、过程、资源一体化的集成管理技术。在系统工程思想的指导下，用整体优化的观念对产品开发过程数据和产品制造过程进行描述，规范产品生命周期管理，保持产品数据的一致性和可跟踪性。PDM的核心思想是设计数据的有序、设计过程的优化和资源的共享。

二.PDM的应用与发展

1. 应用CAD条件下的PDM：这种情况下PDM只需满足CAD系统的需求，主要是产品设计过程及应用CAD系统所需的有关图纸、资料、及有关数据管理，以及CAD系统输出的电子图档的管理。

2. 应用CAD/CAPP条件下的PDM：这种情况下PDM系统不但满足产品设计及应用CAD的需求，还必需满足工艺设计及应用CAPP的需求，完美的、合乎CAPP标准的CAPP系统已包括工艺设计所需大量数据资料，这些数据、资料CAPP系统内部已有一定管理系统进行管理，但是CAD系统如何调用，这就需要PDM来解决。有一部分数据，资料二个系统都需，如材料、外购件及许多基础技术数据资料，PDM就需要解决共享问题，更重要的CAPP系统需要CAD系统输出的图形及产品属性数据，产品结构数据，包括图纸特征编码。没有这些数据、图形，CAPP系统需要重新输入，这是开发应用CAPP的最大关键。另一方面如果CAD系统需要提高应用水平，采用DFM/DFA技术，必需应用CAPP的输出的工艺路线，工艺规程等，因此需要PDM系统解决CAD/CAPP的集成运行，数据共享才能达到以上几个方面的需求。由于CAD系统不但有一般数据还有图形数据，所以PDM系统不但要建立公共数据库解决一般数据的共享，还需解决异构数据的共享。

3. 应用CAD/CAPP/ERP条件下的PDM：这种情况下PDM系统不但满足CAD/CAPP集成运行的需求，还要为ERP系统提供组织生产，开展经营管理所需的产品数据。机械制造业的ERP系统如果没有所需的产品数据是无法运行的，我国二十多年应用ERP的经验是三分技术、七分管理、十二分是数据，说明了数据的重要性，没有CAD/CAPP及PDM系统支持的ERP系统的应用，就得组织大批人力把CAD/CAPP输出的ERP所需的产品数据，按ERP系统的要求输入到计算机中，不但浪费人力，物力而且延误时间，人工输入成千上万的数据，增大了数据的误差，影响ERP正确的运行，造成生产管理的混乱。所以使用PDM的目的就是要通过PDM的应用，能将CAD/CAPP输出结果中ERP所需的产品数据，包括产品、部件、零件的属性定义数据，产品结构数据，工艺路线数据，工艺规程中的工序顺序，工序名称，每道工序所用工装编码，零件材料定额，每道工序的工时定额数据自动输入到ERP的产品数据库中，保证ERP系统准确，及时的运行。

4．应用其它CAX条件下的PDM：企业应用信息技术的范围包括数字化设计，数字化生产，数字化管理，数字化制造，而且企业的生产模式也在不断发展，各种不同生产模式对PDM有不同的要求，所以PDM的应用实施必需与企业应用各种计算机技术相结合。

5．产品数据管理系统在我国的应用

PDM技术传入我国始于二十世纪九十年代初，当时北京第一机床厂，济南第二机床厂，北京人民机器厂及山西经纬纺织机器厂引进加拿大INFOPOWEN MRP-II软件中已有PDM模块，但这仅是对产品属性数据及产品结构数据的管理，没有图形文档资料的管理功能，也没有与CAD/CAPP集成的接口，二十世纪九十年代中期，SDRC公司的Metaphase，EDS公司的Iman，IBM公司的PM进入我国，由于我国企业计算机的应用深化，各系统的集成已成为继续发展的瓶頸，企业已有需求，另一方面各大院校，软件公司开始研究开发自己的PDM系统，至今已有七、八年历史，由于当时应用都是第一代产品，应用以图挡管理为主，只在CAD系统内应用没有解决企业信息的集成，所以在实施过程中效果不佳，即使使用第二代产品，由于使用单位没有应用CAPP/MRP/ERP，或CAPP/MRP/ERP应用都处于初级阶段，对企业信息化没有全面应用规划，系统目标不明确，因此也没有起到PDM应有的作用。

三．产品数据管理系统PDM的功能需求分析

为了达到以上的要求PDM的功能需求如下

1．自动提取图纸、工艺文件的属性数据与产品结构数据。为了对图纸、工艺、文件进行有效管理的同时提供数据共享系、统集成要求，必需建立统一属性数据库，这些属性存在于图纸、工艺、各种文件资料中，所以必需能自动读取这些数据，建立产品属性数据库。
2．对通用零部件，通用、典型、标准工艺提供快速检索的功能。为此，对这些通用零部件、通用典型、标准工艺进行统一的特征编码。
3．数字化了的图纸、工艺文件、技术资料的管理。应用CAD、CAPPS、工装CAD后，图纸、工艺、文件资料都成了计算机内部的各种不同格式的数据，所以对这些数字化的图纸、工艺、文件资料的发放、存档、阅读必需进行有效的管理。
4．接收、贮存材料定额、工时定额、工艺路线等系统提供的结构化了的数据以及用文本形式构成的各种文档资料。
5．对产品图纸、工艺、文件、资料提供按产品结构、文件结构的查询，并能进行结构配量。
6．对产品数据的形成过程进行控制，对产品数据的完整性，规范性进行检验。
7．对已存入的各种属性数据、产品结构提供各种报表的功能。
8．对进入PDM的数据进行各种级别的读、写、权限管理。

四．产品数据管理系统的开发与应用

产品数据管理系统是面向全厂的与产品开发过程、制造过程密切相关的系统，企业实施产品设计数字化、生产管理数字化，产品数据是全厂实施信息化的核心，所以必然要求实施数字化产品数据的管理，解决系统间的数据共享，提高系统集成运行，因此与全厂的其他信息系统相关密切。这样一个综合性系统的开发与应用，必须走系统开发的道路，绝对不能走单项开发应用（丢图板、丢钢笔、丢账本）的道路，为此必须：

1)确立产品数据管理系统的目标。

(A)建立统一规范的图形库与数据库，为了应用先进适用技术中先进设计方法CE/DFA/DFM/QFD 达到产品设计与工艺设计的优化，标准化，模块化，在CAD与CAPP/NCP内部实现技术基础数据与资源共享，必须建立统一规范的图形库、数据库、方法库、资料库，达到JB/T 8514.1企业产品标准体系的要求，并由统一的数据管理系统统一管理。
(B)实现产品设计与工艺设计的数字化管理，由于在CAD、CAPP技术部门内部及与全厂ERP系统集成运行，需要互相交换读取信息，必需实现产品设计与工艺设计的数字化，才能对各种格式数据进行提取，转换，并有统一的数据管理系统管理。
(C)实现产品设计与工艺设计的图纸，文件，资料及数字化的产品设计与工艺图样、模型、文件档案的统一编码，以及图纸、文件、资料的修改、版本更新，对全部图挡实行计算机管理，并保证其安全性。
(D)实现产品生产技术准备计划制订、下发、执行的全过程计算机控制。
(E)建立快速通用查询系统，发挥产品设计与工艺设计的图纸、文件、资料及数字化的产品设计与工艺图样，模型，文件档案的重复利用，缩短生产技术准备周期，实现产品设计与工艺设计的标准化，优化生产制造。

2)分步实施：由于PDM的实施需要较长时间，又要与其它系统紧密结合，所以其实施过程必然要分几个步骤，只有这样PDM的实施才能有计划有步骤的切合实际进行。

3)建立企业信息化工作的组织机构

(A)贯彻一把手工程原则：PDM应用实施不但牵涉到技术管理，生产管理的方法而且牵涉到工作流程的重组，工作岗位、工作责任的变化，没有一把手的支持，很难完成这些改革。
(B)建立实施机构：要把与实施过程有关的部门组织起来，成立项目领导小组，各部门领导必需亲自参加，并成立项目实施小组，具体安排执行实施计划。
(C)对各类人员进行培训达到系统开发应用的要求：信息化带动工业化，应用信息技术全面提高企业技术管理水平，必然要求企业各类人员水平的提高，信息化的过程，就是提高各类人员水平的过程。

4) 做好产品开发及开发程序的标准化工作

PDM系统关系到静态的数字化产品的各种数据存储格式，各种结构的数据与动态的产品开发过程，系统以数据库及数据库管理系统为软件基础，以网络计算机为运行环境，与产品开发过程及产品生产过程的多种CAX系统互相配合，这需要静态的数字化产品的各种格式，各种结构的数据与动态的产品开发过程，具有严格的标准，否则无法实现原定PDM系统的功能。

(A)建立产品开发标准化体系并将相关内容数字化(建立数据库)：图1是产品开发标准化体系、图2是工艺标准化体系的内容，只有按照这些标准化体系的内容，建立相适应的标准，规范并将其建立数据库，有的要配置到CAD系统中，有的要配置到CAPP系统中，有的要配置到CAQ系统中，使CAD/CAPP等系统性能完善，这些内容也是CAD/CAPP/CAQ等系统应有的，如果原来已有或不完善需补充完善，这样的CAD/CAPP/CAQ系统的运行能保证其输入输出数据的规范、标准，保证PDM系统的正常运转，发挥PDM的作用，当然建立产品开发标准化体系并将相关内容数字化(建立数据库)需要一个过程，所以要根据需要和可能有计划有步骤的进行。

图1产品开发标准化体系

图2工艺标准化体系

五.PDM系统的应用效果

1.PDM的零部件管理模块提供了通用零部件，通用、标准、典型工艺库及快速检索功能的应用，为建立多品种、高效益的产品快速开发环境奠定基础，为快速实现产品设计的通用化、模块化与标准化提供有效方法，从而改变多品种单件、中小批量生产企业的面貌，改善多品种单件、中小批量生产企业组织生产的困难，提高多品种单件、中小批量生产企业的经济效益，也是解决CAD与CAPP集成的有效途径，图3是快速检索图纸与工艺的界面。

图3快速检索图纸与工艺的界面

2．通过PDM产品结构配置，快速形成客户需要的产品，并及时组织生产，满足用户需求，更好发挥系列化、模块化设计的作用。图4是产品结构配置与查询屏慕。

图4产品结构配置与查询屏慕

3．通过PDM对CAD/CAPP输出的电子档案进行管理，图5是PDM图纸档案管理系统对图纸档案进行查询。

图5 图纸档案管理系统对图纸档案进行查询

4．零部件及零部件工艺的标准化、典型化，为材料定额工时定额的标准化创造先决条件。工艺标准化、材料定额、工时定额的标准化，为生产计划编制的正确性创造先决条件。图6是CAD/CAPP与ERP的关系。

图6 CADC/APP与ERP的关系

5．建立全厂统一数据库及数据管理系统解决全厂数据共享，为全厂各系统集成运行提供基础，根据国家经贸委2001年对全国企业信息化的调查，我国企业信息化工作已开展20多年，目前最大的问题是应用系统呈“ 孤岛现象”，系统不集成，没有发挥信息系统的综合效益。所以系统集成、数据共享成了企业信息化的关键，企业信息化必需走信息集成的道路，图7 是PDM解决数据共性集成运行示意图。

图7 PDM解决数据共性集成运行示意图

(end)

文章内容仅供参考 (投稿) (如果您是本文作者，请点击此处) (12/8/2005)


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